晶體二極管及其基本應用電路

一.半導體基礎物理知識

1.本徵半導體

2.雜質半導體（P型和N型）

3.半導體導電的機理

   半導體中有兩種載流子，電子和空穴，其對應的運動也有兩種，擴散運動和漂移運動，分別造成擴散電流和漂移電流。

       擴散運動：外電場的做用；漂移運動：濃度差

二.PN結

1.工藝過程

經過摻雜工藝將本徵硅或者鍺片的一邊作成P型半導體，另外一邊作成N型半導體，這樣它們的表面會造成很薄的特殊物理層，稱爲PN結。根據P區和N區摻雜濃度的不一樣能夠分爲對稱結和非對稱結，非對稱結包括。

2.造成過程及原理

P區空穴多，N區電子多，造成了載流子濃度差，空穴和電子作擴散運動造成擴散電流，擴散運動後的電子和空穴分別在其對立區內與空穴和電子複合，在交界面的P區和N區分別留下了不可以移動的等量受主離子和等量施主離子，一般把這個區域叫作空間電荷區，又叫作勢壘區。

在交界面造成了勢壘電壓，造成的內建電場阻礙擴散運動，此時漂移運動被慢慢增強，造成漂移電流。

當=時，經過空間電荷區的淨載流子爲0，平衡狀態下，空間電荷區的寬度必定，的值也保持不變。    

爲施主離子濃度，受主離子濃度。

通常狀況，硅的勢壘電壓爲0.5~0.7V，鍺的勢壘電壓爲0.2~0.3V，溫度升高1℃，勢壘電壓下降0.25mV。

3.特性

（1）正向特性

外加電壓加在阻擋層上面時，方向與勢壘電壓相反，則阻擋層的電壓減少爲，阻擋層減少，擴散運動加強，P區的空穴源源不斷的經過阻擋層到達N區，N區的電子不斷的擴散到P區，造成了由P到N的正向電流。

（2）反向特性

反加電壓加在阻擋層上面時，方向與勢壘電壓相同，則阻擋層的電壓減少爲，阻擋層增大，只有P區的少數載流子經過阻擋層到達N區，N區的少數空穴到P區，造成了由N到P的反向電流，又叫作反向飽和電流。

硅：

鍺：

（3）伏安特性

（4）擊穿特性

分爲電擊穿和熱擊穿；

雪崩擊穿： 阻擋層電壓增長，少子漂移經過阻擋層的時候被加速，動能增長，與晶格原子碰撞，把束縛的共價鍵中的價電子碰撞出來，產生電子空穴對，新的電子空穴對繼續碰撞中性原子繼續發生碰撞，此過程像雪崩同樣。

齊納擊穿： 齊納擊穿發生在重摻雜的PN結當中，其阻擋層很薄，強電場能夠將阻擋層內的中性原子的價電子直接從共價鍵中拉出來，產生電子空穴對，造成場制激發產生大量的載流子，使PN結反相電流急劇增大。其擊穿電壓較低。擊穿電壓大於7V，爲雪崩擊穿，小於5V，齊納擊穿，5V~7V，二者都有。

（5）溫度特性

溫度上升，正向特性曲線左移，反向特性曲線下移。

（6）電容特性

勢壘電容：P區和N區夾着高阻的耗盡區，相似於平板電容器，電容隨外加電壓的大小而變化。

擴散電容：外加電壓引發電荷量的變化而造成的電容效應。

三.晶體二極管

1.晶體二極管的特性

（1）正相特性

（2）反向特性

（3）溫度特性

（4）反向擊穿性

2.二極管的主要參數

直流參數：

（1）最大整流電流I_F：長期運行時容許經過的最大電流

（2）反向擊穿電壓V_BR：二極管反向擊穿時的電壓

（3）最大反向工做電壓V_RM：工做時容許的最大電壓，通常爲擊穿電壓的一半。

（4）反向電流I_R（反向飽和電流I_s）：二極管未擊穿時候的反向電流，其值越小說明單向導電性越好。

（5）直流電阻R_D：直流電壓與電流之比，其值是一個變量，靜態在工做點斜率的倒數。

交流參數：

（1）交流電阻r_d：Q點附近電壓變化量與電流變化量之比。

（2）結電容C_j：勢壘電容和擴散電容總效果。

（3）最高工做頻率f_M：超過此頻率，單向導通性惡化。

2.二極管的模型

（1）理想模型：正向偏置電壓降爲0，反向偏置電阻無窮大。

（2）恆壓降模型：硅管0.7V,鍺管0.3V

（3）折線模型：折線代替工做狀況。

（4）小信號模型：

2.幾種特殊的二極管

（1）齊納二極管：二極管的擊穿電壓在電流和溫度較大的變化中呈現常數。

    Rz動態電阻，其值越小，穩壓效果越好！

（2）變容二極管

（3）肖特基二極管 ：肖特基二極管的電流是多數載流子流過勢壘刪到達冶金面引發的，肖特基二極管沒有存儲少數載流子，從正偏切換到反偏的時間比普通二極管所用時間短，其次，其反向飽和電流比普通二極管大的多。

（4）發光二極管

（5）光電耦合器

四.晶體二極管的基本電路

（1）整流電路

（2）限幅電路

（3）穩壓電路

（4）濾波電路

（5）濾波電路

五.電路仿真

1.全波整流電路。輸出峯值12V，負載提供電流120mA,輸出紋波小於5%，輸入電壓120V,頻率60Hz.

其餘的選型參照前面的計算便可做出

變壓器的選擇：

Vs的峯值電壓：Vs(max)=Vo(max)+2*0.7

Vs的有效值：Vs(max)/1.414

變壓比：N1/N2=V1/V2

2.穩壓管限幅電路

3.Multisim繪製二極管伏安特性曲線

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